(57)【要約】【課題】  負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷に供給できない発電装置を用いても、大きさの変動する負荷に対して安定して電力を供給できる電源システム及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  発電装置と蓄電装置とを備え、発電装置は負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部を供給し、蓄電装置は発電装置に並列に接続され負荷の変動に応じて必要とされる電力を供給する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置と蓄電装置とを備え、
前記発電装置は、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部を供給し、
前記蓄電装置は、前記発電装置に並列に接続され、負荷の変動に応じて必要とされる電力を供給することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記発電装置は燃料電池である請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記負荷に必要とされる電力が大きい場合は前記発電装置及び前記蓄電装置から前記負荷に電力を供給し、前記負荷に必要とされる電力が小さい場合は前記発電装置により前記蓄電装置を充電する請求項１または請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記蓄電装置を充電している間は前記発電装置から前記負荷への電力の供給が遮断される請求項１から請求項３のいずれかに記載の電源システム。
【請求項５】
前記蓄電装置を充電している間は前記蓄電装置から前記負荷への電力の供給が遮断される請求項１から請求項４のいずれかに記載の電源システム。
【請求項６】
前記蓄電装置が前記負荷に電力を供給している間は、前記発電装置による前記蓄電装置の充電を停止する請求項１から請求項５のいずれかに記載の電源システム。
【請求項７】
前記蓄電装置及び前記負荷から前記発電装置への逆電流を阻止する第１の整流手段を備える請求項１から請求項６のいずれかに記載の電源システム。
【請求項８】
前記蓄電装置から前記負荷に電力を供給する際に、前記発電装置及び前記負荷から前記蓄電装置への逆電流を阻止する第２の整流手段を備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の電源システム。
【請求項９】
前記第１の整流手段は、前記蓄電装置から前記発電装置への逆電流を阻止する第３の整流手段と、前記負荷から前記発電装置への逆電流を阻止する第４の整流手段とを有する請求項１から請求項８のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１０】
前記蓄電装置の充電量に応じて前記蓄電装置の充電と充電の停止とを切り替える請求項１から請求項９のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１１】
前記蓄電装置の表面温度を測定することにより前記蓄電装置の充電量を検出する請求項１０に記載の電源システム。
【請求項１２】
前記発電装置による前記蓄電装置の充電を停止した後、前記蓄電装置から一定の電流が出力されると前記発電装置による前記蓄電装置の充電を開始する請求項１０に記載の電源システム。
【請求項１３】
前記蓄電装置の充電と充電の停止とを切り替えてからの経過時間を測定することにより前記蓄電装置の充電量を検出する請求項１２に記載の電源システム。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の電源システムを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部を供給する発電装置と、発電装置に並列に接続され、負荷の変動に応じて必要とされる電力を供給する蓄電装置とを備えて安定して負荷に電力を供給する電源システム及びこの電源システムを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素とを化学反応させて水を生成する際のエネルギーを電力として取り出す電源である。燃料電池の出力電圧は不安定なため、定電圧電源で電圧を安定化してから負荷に供給するのが一般的である。また、定電圧電源から負荷へ供給される電流はかなり変動するのが一般的であるため、負荷が要求する最大電流を供給できる容量を確保するために燃料電池を大きくする必要がある。
【０００３】
燃料電池は、二次電池や電気二重層コンデンサーに比べて大きな出力抵抗値Rをもつため、直接変動の大きな負荷に電力を供給して負荷が大きくなると大きな電流Iが流れて、出力抵抗でW＝I2×Rで表される損失が大きくなり効率が悪い。さらに、燃料電池から体積当たりに取り出せる電力は、二次電池に比べてかなり少ないため、負荷を動作させるのに十分な電力を供給するためには、装置の大きさが非常に大きくなる。
【０００４】
特許文献１には、同一定格の燃料電池スタックを複数台互いに直列接続した直列スタックを複数組備え、この複数組の直列スタックの出力電流をインバータおよび変圧器を介して共通の交流負荷回路に並列に供給するものにおいて、直列スタックそれぞれの両端にその発電電流の通流方向を順方向として接続されたダイオードを供え、このダイオードを介して複数組の直列スタックを互いに並列接続してなる燃料電池発電装置が提案されている。特許文献１では、並列スタック間での逆電圧のやり取りを抑制し、逆電圧による燃料電池の発電性能、およびその寿命特性の低下を防止できる。
【０００５】
特許文献２には、電源電圧を出力するとともに電源バックアップを行う二次電池を充電する二次電池充電装置において、充電する二次電池と並列に抵抗を接続した二次電池充電装置が提案されている。特許文献２では、悪条件のもとでも電源バックアップ用の二次電池の過充電が起こることを防止する。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−０５０９０２号公報
【特許文献２】特開平０９−０６５５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷に供給できない発電装置を用いても、大きさの変動する負荷に対して安定して電力を供給できる電源システム及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の電源システムは、発電装置と蓄電装置とを備え、発電装置は、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部を供給し、蓄電装置は、発電装置に並列に接続され、負荷の変動に応じて必要とされる電力を供給する。
【０００９】
発電装置は燃料電池であるとよい。負荷に必要とされる電力が大きい場合は発電装置及び蓄電装置から負荷に電力を供給し、負荷に必要とされる電力が小さい場合は発電装置により蓄電装置を充電するとよい。蓄電装置を充電している間は発電装置から負荷への電力の供給が遮断されるとよい。蓄電装置が負荷に電力を供給している間は、発電装置による蓄電装置の充電を停止するとよい。
【００１０】
蓄電装置及び負荷から発電装置への逆電流を阻止する第１の整流手段を備えるとよい。蓄電装置から負荷に電力を供給する際に、発電装置及び負荷から蓄電装置への逆電流を阻止する第２の整流手段を備えるとよい。第１の整流手段は、蓄電装置から発電装置への逆電流を阻止する第３の整流手段と、負荷から発電装置への逆電流を阻止する第４の整流手段とを有するとよい。
【００１１】
蓄電装置の充電量に応じて蓄電装置の充電と充電の停止とを切り替えるとよい。蓄電装置の表面温度を測定することにより蓄電装置の充電量を検出するとよい。発電装置による蓄電装置の充電を停止した後、蓄電装置から一定の電流が出力されると発電装置による蓄電装置の充電を開始するとよい。蓄電装置の充電と充電の停止とを切り替えてからの経過時間を測定することにより蓄電装置の充電量を検出するとよい。
【００１２】
この発明の画像形成装置は、上記いずれかに記載の電源システムを備える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の電源システムによれば、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷に供給できない発電装置を用いても、大きさの変動する負荷に対して安定して電力を供給できる。
【００１４】
発電装置は燃料電池であることにより、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷に供給できない燃料電池を発電装置に用いても、大きさの変動する負荷に対して安定して電力を供給できる。
【００１５】
負荷に必要とされる電力が大きい場合は発電装置及び蓄電装置から負荷に電力を供給し、負荷に必要とされる電力が小さい場合は発電装置により蓄電装置を充電することにより、負荷に必要とされる電力が小さい間の時間を利用して効率よく蓄電装置を充電し、負荷に必要とされる電力が大きい場合に確実に発電装置及び蓄電装置から負荷に電力を供給できる。
【００１６】
蓄電装置を充電している間は発電装置から負荷への電力の供給が遮断されることにより、蓄電装置の充電を効率よく行うことができるとともに、負荷による電力消費を防止することができる。
【００１７】
蓄電装置を充電している間は蓄電装置から負荷への電力の供給が遮断されることにより、蓄電装置の充電を効率よく行うことができるとともに、負荷による電力消費を防止することができる。
【００１８】
蓄電装置が負荷に電力を供給している間は、発電装置による蓄電装置の充電を停止することにより、発電装置及び蓄電装置から負荷に最大限の電力を供給することができる。
【００１９】
蓄電装置及び負荷から発電装置への逆電流を阻止する第１の整流手段を備えることにより、発電装置の特性を劣化等の問題の発生を防止できる。
【００２０】
蓄電装置から負荷に電力を供給する際に、発電装置及び負荷から蓄電装置への逆電流を阻止する第２の整流手段を備えることにより、蓄電装置から負荷に確実に電力を供給することができる。
【００２１】
第１の整流手段は、蓄電装置から発電装置への逆電流を阻止する第３の整流手段と、負荷から発電装置への逆電流を阻止する第４の整流手段とを有することにより、定格電流の小さい整流手段を使用することができる。
【００２２】
蓄電装置の充電量に応じて蓄電装置の充電と充電の停止とを切り替えることにより、負荷が長時間待機状態となる場合でも、蓄電装置が充電され続けて過充電になることを防止できる。
【００２３】
蓄電装置の表面温度を測定することで蓄電装置の充電量を検出することにより、負荷が長時間待機状態となる場合でも、蓄電装置が充電され続けて過充電になることを防止できる。
【００２４】
発電装置による蓄電装置の充電を停止した後、蓄電装置から一定の電流が出力されると発電装置による蓄電装置の充電を開始することにより、蓄電装置の充電量が過度に減少することを防止して、常に一定以上の充電状態を保つことができる。
【００２５】
蓄電装置の充電と充電の停止とを切り替えてからの経過時間を測定することで蓄電装置の充電量を検出することにより、負荷が長時間待機状態となる場合でも、蓄電装置が充電され続けて過充電になることを防止できるとともに、蓄電装置の充電量が過度に減少することを防止して、常に一定以上の充電状態を保つことができる。
【００２６】
この発明の画像形成装置によれば、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷に供給できない発電装置を用いても、大きさの変動する負荷に対して安定して電力を供給できる電源システムを備えて、安定して画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
第１の実施形態の画像形成装置１００では、図１の概略の斜視断面図に示すように、記録ヘッド１０１と記録ヘッドカートリッジ１０２と押さえ部材１０３とキャリッジ１０４とシャフト１０５とプラテンローラ１０６と記録用紙１０７とケーブル１０８とキャリッジモータ１０９とワイヤ１１０とラインフィードモータ１１１とＨＰ（ポジション）センサ１１２と制御回路１１３とを備える。
【００２８】
記録ヘッド１０１は、インク供給源たるインクタンクとともに記録ヘッドカートリッジ１０２に一体化されている。記録ヘッドカートリッジ１０２は、２色のインク色に応じて２つ設けられており、用いるインク色等に応じて１ないし複数個設けられる。記録ヘッドカートリッジ１０２は、押さえ部材１０３によりキャリッジ１０４の上に固定され、キャリッジ１０４は、シャフト１０５の長手方向に沿って往復運動可能に構成されている。
【００２９】
記録ヘッド１０１は、記録ヘッド１０１に対して微小間隔をおいて、プラテンローラ１０６に記録面を規制された記録用紙１０７に、インク滴を吐出して画像を形成する。記録ヘッド１０１には、ケーブル１０８とケーブル１０８に結合する端子とを介して、適宜のデータ供給源より画像データに応じた記録タイミングパルスが供給される。
【００３０】
キャリッジモータ１０９は、キャリッジ１０４をシャフト１０５に沿って走査させる駆動力を発生させる。ワイヤ１１０は、キャリッジモータ１０９の駆動力をキャリッジ１０４に伝達する。ラインフィードモータ１１１は、プラテンローラ１０６に結合されて記録用紙１０７を搬送する。ＨＰセンサ１１２はキャリッジ１０４の位置を検出する。
【００３１】
制御回路１１３は、記録制御を実行するため図２のブロック図に示すように、電源システム１とＣＰＵ１１４とＲＯＭ１１５とＲＡＭ１１６とデータ受信部１１７とＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１１８と不揮発性メモリ１１９とヘッドドライバ１２０とヘッドコントローラ１２１とキャリッジモータドライバ１２２とタイミング制御部１２３とラインフィードモータドライバ１２４とインク流量検出部１２５とを有する。
【００３２】
電源システム１は、画像形成装置１００の記録動作を行うのに必要な電力を供給する。ＣＰＵ１１４は、画像形成装置１００の動作制御及びデータ処理を実行する。ＲＯＭ１１５は、ＣＰＵ１１４の制御プログラムやフォント処理のための各種データを格納する。ＲＡＭ１１６は、受信した画像データを含め各種データを一時格納する。データ受信部１１７は、ホストコンピュータ等の外部機器から送られてくる画像データを取り込む。
【００３３】
ＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１１８は、データ受信部１１７で受信した画像データをＲＡＭ１１６へＤＭＡ転送したり、ＣＰＵ１１４からＲＡＭ１１６へのアクセスを制御する。不揮発性メモリ１１９は、プリンタ固有のパラメータを格納するＥＥＰＲＯＭ等で構成される。ヘッドドライバ１２０は、記録ヘッド１０１を駆動する。ヘッドコントローラ１２１は、ＣＰＵ１１４からの制御によりヘッドドライバ１２０への画像データの転送とヒートパルス信号を発生する。
【００３４】
キャリッジモータドライバ１２２とキャリッジモータ１０９とタイミング制御部１２３とは、ＣＰＵ１１４から供給される制御信号とエンコーダ等による記録タイミングパルスによって記録ヘッド１０１の移動（その方向を主走査方向と呼ぶ）を行う制御系である。ラインフィードモータドライバ１２４とラインフィードモータ１１１とは、ＣＰＵ１１４から供給される制御信号によって記録用紙１０７等の記録媒体の搬送（その方向を副走査方向と呼ぶ）を行う制御系である。インク流量検出部１２５は、記録ヘッド１０１に送られた記録信号から、所定時間内において記録のために吐出されたインク滴（ドット）の数をカウントし、インクタンクから記録ヘッド１０１に供給されるインクの流量を検出する制御回路である。
【００３５】
画像形成装置１００が実行する基本的な記録制御を説明する。まず、データ受信部１１７において、ホストコンピュータから入力された画像データは、ＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１１８を介してＲＡＭ１１６に一時格納される。ＲＯＭ１１５に格納された制御プログラムを実行し、ＣＰＵ１１４は受信コマンド、画像データ、文字コードを解析する。その後、入力された画像データは、ＣＰＵ１１４により記録データに変換され、順次、ＲＡＭ１１６に格納される。受信コマンドには記録制御情報が含まれ、記録制御情報に応じた記録パス数により記録が行われる。
【００３６】
１ライン分の記録データの展開が終了するか、またはホストコンピュータから記録命令（受信コマンドの１つ）が入力された時点で、キャリッジモータドライバ１２２によりキャリッジモータ１０９が駆動される。タイミング制御部１２３から出力される記録タイミングパルスに同期してＲＡＭ１１６に格納されている記録データが、ＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１１８及びヘッドコントローラ１２１を介してヘッドドライバ１２０に転送される。ヘッドコントローラ１２１からヒートパルス信号がヘッドドライバ１２０に送られることにより、記録ヘッド１０１からインク滴が吐出される。
【００３７】
１ライン分の記録が終了するとラインフィードモータ１１１が駆動されて改行が行われ、一連の手順が終了する。この一連の手順を記録用紙１０７の１ページに渡って繰り返して行うことにより、１ページ分の記録動作を完了する。
【００３８】
第１の実施形態における電源システム１は、図３（ａ）に示すように、発電装置１０と蓄電装置１１と定電圧電源１２と第１整流素子１３とを備える。
【００３９】
発電装置１０は、負荷の変動に応じて必要とされる電力の一部を負荷に供給するとともに、蓄電装置１１を充電する補助電源として機能する。発電装置１０は、燃料電池、太陽電池、内燃機関を駆動源とする発電機等で構成される。ここでは、図３（ｂ）に示すように、発電装置１０として、一般のオフィス内で使用できる燃料電池１４を使用した例について説明する。
【００４０】
蓄電装置１１は、発電装置に並列に接続され、負荷の変動に応じて必要とされる電力を供給し、主電源として機能する。蓄電装置１１は、各種の二次電池や電気二重層を利用したスーパーキャパシタ等で構成される。ここでは、図３（ｂ）に示すように、蓄電装置１１として、ほぼ一定の電圧で電力を取り出せる二次電池１５を使用した例について説明する。
【００４１】
発電装置１０と蓄電装置１１とは、定電圧電源１２の入力端子に並列になるように接続されている。定電圧電源の出力端子は、電源システム１の出力端子として機能し、外部の負荷１６に接続されている。
【００４２】
第１整流素子１３は、発電装置１０のプラス端子と、蓄電装置１１のプラス端子及び定電圧電源１２のプラス端子との間に、発電装置１０から蓄電装置１１及び定電圧電源１２への電流の流れを順方向として挿入されており、例えばダイオードで構成される。第１整流素子１３は、発電装置１０のプラス端子から逆電流が流れ込むことを防止する機能を有し、例えば、燃料電池１４の出力電圧が、なんらかのトラブルで定電圧電源１２を構成するコンデンサの電圧や蓄電装置１１の電圧より低くなって燃料電池１４に逆電流が流れ込こみ、水の電気分解により水素及び酸素が発生したり発電装置１０の特性を劣化させるような問題の発生を防止する。
【００４３】
例えば、図３（ｃ）に示すように、二次電池１５の電圧を20Vとし、燃料電池１４の開放電圧を40V、燃料電池１４の内部抵抗１７を10Ω、第１整流素子１３での電圧降下を1Vとし、プリンタ１８を負荷として定電圧電源１２の出力端子に接続した場合について説明する。燃料電池１４の負荷を可変したときの電流と出力電圧との関係は、電流をＸ軸にとり出力端子電圧をＹ軸にとった図４のグラフように表される。
【００４４】
まず、プリンタ１８が待機時である場合の電源システム１の動作を説明する。二次電池１５の内部抵抗は燃料電池の内部抵抗１７に比べて非常に小さいこととを考慮すると、燃料電池１４の出力端子電圧は、二次電池１５の電圧20Vに第１整流素子１３での電圧降下を1Vを加えた21Vである。図４のグラフに示されるように、燃料電池１４の出力端子電圧が21Vのとき、燃料電池１４から出力される電流は0.88Aである。待機時のプリンタ１８はほとんど電流を必要としないため、燃料電池１４から出力される0.88Aの電流は二次電池１５に充電電流として流れ込む。
【００４５】
次に、プリンタ１８が動作中である場合の電源システム１の動作を説明する。動作中のプリンタ１８が必要とする電流は、図５のグラフに示されるように大きく変動する、例えば、プリンタ１８が必要とする電流が0.6A程度のとき、燃料電池１４から出力される0.88Aの電流のうちの0.6Aの電流によってプリンタ１８を動作させるとともに、残りの0.28Aで二次電池１５を充電する。例えば、プリンタ１８が必要とする電流が1A程度のとき、燃料電池１４から出力される電流は0.88Aであり、0.12Aの電流が不足しているためプリンタを動作させることができない。また、燃料電池１４の出力端子電圧は20V以下になるので二次電池１５を充電する余裕はない。プリンタ１８を動作させる不足分の0.12Aは、何ら断続手段を必要とせずに自動的に二次電池１５から供給される。
【００４６】
図５のグラフに示されるように、連続プリント中の平均電流は約0.6Aである。一方、図４のグラフに示されるように、燃料電池１４の出力端子電圧が21Vのとき電流は0.88Aであり、プリンタ１８を動作させるために必要な0.6Aを上回っているため、燃料電池１４は燃料が続く限りプリンタ１８を連続動作させることができる。
【００４７】
また、例えば、図６のグラフに示されるように、プリンタ１８が約５倍の動作電流を必要とする場合の電源システム１の動作を説明する。燃料電池１４の能力がより貧弱な場合、または、プリンタ１８の消費電力がより大きい場合、間欠動作であれば電源システム１によりプリンタ１８を動作させることができる。図６のグラフに示されるように、連続プリント中の平均電流は約3Aでありピーク電流は7.25Aである。一方、図４のグラフに示されるように、出力端子電圧が21Vの場合に燃料電池１４から出力される0.88Aの電流は、プリンタ１８の平均電流より2.12A下回り、プリンタ１８のピーク電流より6.37A下回っている。
【００４８】
プリンタ１８が平均電流で動作する場合、燃料電池１４が負担する電力は20V×0.88A＝17.6Wであり、二次電池１５が負担する電力は20V×2.12A＝42.4Wである。プリンタ１８がピーク電流で動作する場合、燃料電池１４が負担する電力は20V×0.88A＝17.6Wであり、二次電池１５が負担する電力は20V×6.37A＝127.4Wである。燃料電池１４と二次電池１５との間では、二次電池１５が大部分の電力を負担して主電源として機能しているのに対し、燃料電池１４は二次電池１５を充電する補助電源として機能している。連続プリント中の平均電流は約3Aで、燃料電池は電流を0.88Aしか供給できなので、動作時間と待機時間との割合は0.88:3となる。
【００４９】
第１の実施形態における電源システム１によれば、発電装置１０の開放電圧、発電装置１０の内部抵抗、逐電装置１０の電圧の各値を選ぶことにより、特に切り替え装置を設けることなく、負荷１６が重い時は発電装置１０から蓄電装置１１への充電を中止し、負荷が軽くなった時には、発電装置１０から蓄電装置１１への充電を行うことができる。第１の実施形態における電源システム１によれば、負荷１６の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷１６に供給できない発電装置１０を用いても、大きさの変動する負荷１６に対して安定して電力を供給できる。
【００５０】
第２の実施形態の電源システム２は、図７（ａ）に示すように、第１の実施形態における電源システム１と同様の発電装置１０と蓄電装置１１と定電圧電源１２と第１整流素子１３とを備え、さらに充放電制御部２０を備える。
【００５１】
充放電切替部２０は充電状態と電力供給状態とを切り替える機能を有し、充電状態では、発電装置１０から蓄電装置１１への電流の経路を接続するとともに発電装置１０及び蓄電装置１１から定電圧電源１２への電流の経路を遮断し、電力供給状態では、発電装置１０及び蓄電装置１１から定電圧電源１２への並列な電流の経路を接続するともに発電装置１０から蓄電装置１１への電流の経路を遮断する。具体的には、充放電切替部２０は、第２整流素子２１と第１断続部２２と充電量検出部２３と制御部２４とを有し、発電装置１０のプラス端子と、蓄電装置１１のプラス端子と、定電圧電源１２の入力側のプラス端子との間に挿入されている。
【００５２】
第２整流素子２１は、蓄電装置１１のプラス端子と発電装置１０のプラス端子及び定電圧電源１２のプラス端子との間に、蓄電装置１１から発電装置１０及び定電圧電源１２への電流の流れを順方向として挿入されており、例えばダイオードで構成される。
【００５３】
第１断続部２２は、充電状態では図７（ａ）に示すように、第１整流素子１３を介して発電装置１０のプラス端子と蓄電装置１１のプラス端子とを接続し、発電装置１０のプラス端子と定電圧電源１２のプラス端子とを切り離し、蓄電装置１１のプラス端子と定電圧電源１２のプラス端子とを切り離す。一方、第１断続部２２は、電力供給状態では図７（ｂ）に示すように、発電装置１０のプラス端子と蓄電装置１１のプラス端子とを切り離し、発電装置１０のプラス端子と定電圧電源１２のプラス端子とを接続し、第２整流素子２１を介して発電装置１０のプラス端子と定電圧電源１２のプラス端子とを接続する。具体的には、第１断続部２２はコイルに隣接して配置された連動する２つのスイッチで構成され、コイルに流れる電流値により、接続及び切り離しを制御される。
【００５４】
充電量検出部２３は、蓄電装置１１の充電量を検出し、蓄電装置１１が十分充電されている場合には充電完了信号を制御部２４に送り、蓄電装置１１が十分充電されていない場合には未充電信号を制御部２４に送る。具体的には、蓄電装置１１の電圧を抵抗で分圧した電圧と、蓄電装置１１の充電完了を示す基準電圧とをコンパレータで比較し、蓄電装置１１の電圧を抵抗で分圧した電圧と基準電圧との大小に応じてコンパレータの出力値を変化させることにより充電完了信号及び未充電信号を作成し、制御部２４に入力する。
【００５５】
なお、充電量検出部３３は、蓄電装置１１の温度を測定するサーミスタ等の温度センサをもつものであってもよい。例えば、蓄電装置１１の温度が35℃以上になったときに充電を停止する場合、温度センサから出力される35℃以上を示す信号を充電完了信号とし、温度センサから出力される35℃未満を示す信号を未充電信号として使用するとよい。
【００５６】
制御部２４は、充電完了信号を受けると第１断続部２２を電力供給状態に維持させ、未充電信号を受けると第１断続部２２を充電状態に維持させる。具体的には、充電量検出部２３から充電完了信号と未充電信号とのいずれを受けたかに応じて、第１断続部２２に隣接配置したコイルに流れる電流値を変化させることにより、第１断続部２２の充電状態と電力供給状態とを切り替える。
【００５７】
蓄電装置１１が十分に充電されていない場合、充電量検出部２３は未充電信号を制御部２４に入力し、制御部２４は第１断続部２２を充電状態に維持させる。充電状態では、発電装置１０のプラス端子から出力される電流は、発電装置１０の内部抵抗１７、第１整流素子１３、第１断続部２２、蓄電装置１１のプラス端子を順に流れて蓄電装置１１を充電する。充電状態では、蓄電装置１１のプラス端子から定電圧電源１２のプラス端子への経路が切り離されるため、負荷１６に電流が流れない。
【００５８】
蓄電装置１１が十分に充電されている場合、充電量検出部２３は充電完了信号を制御部２４に入力し、制御部２４は第１断続部２２を電力供給状態に維持させる。電力供給状態では、発電装置１０のプラス端子から蓄電装置１１のプラス端子へ電流を流す経路が遮断されるため、蓄電装置１１の充電が停止される。電力供給状態では、発電装置１０のプラス端子から定電圧電源１２のプラス端子への経路が接続されるとともに、蓄電装置１１のプラス端子から定電圧電源１２のプラス端子への経路が接続されるため、発電装置１０及び蓄電装置１１から負荷１６に電流が流れて、例えばインクジェットプリンタ、プリンタ、複写機等の負荷を動作させる。
【００５９】
第２の実施形態の電源システム２によれば、蓄電装置１１の電圧を検出してあらかじめ決めておいた電圧よりも高くなった場合に、発電装置１０から蓄電装置１１への電流の経路を遮断することにより、負荷１６が長時間待機状態となる場合でも、蓄電装置１１が充電され続けて過充電になることを防止できる。
【００６０】
第２の実施形態の電源システム２によれば、負荷１６を動作させないときは、発電装置１０及び蓄電装置１１を定電圧電源１２から切り離して電力の消費を防止できるとともに、装置全体を小型軽量に構成できる。第２の実施形態の電源システム２によれば、負荷１６の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷１６に供給できない発電装置１０を用いても、大きさの変動する負荷１６に対して安定して電力を供給できる。
【００６１】
第３の実施形態の電源システム３は、図８（ａ）に示すように、第１の実施形態における電源システム１と同様の発電装置１０と蓄電装置１１と定電圧電源１２と第１整流素子１３とを備え、さらに充放電制御部３０を備える。
【００６２】
充放電切替部３０は充電状態と電力供給状態とを切り替える機能をもち、充電状態では発電装置１０から蓄電装置１１への電流の経路を接続し、電力供給状態では発電装置１０から蓄電装置１１への電流の経路を遮断する。発電装置１０から定電圧電源１２への電流の経路と、蓄電装置１１から定電圧電源１２への電流の経路はそれぞれ、常に接続されている。具体的には、充放電切替部３０は、第２整流素子３１と第２断続部３２と充電量検出部３３と制御部３４とを有し、発電装置１０のプラス端子と、蓄電装置１１のプラス端子と、定電圧電源１２の入力側のプラス端子との間に挿入されている。
【００６３】
第２整流素子３１は、蓄電装置１１のプラス端子と発電装置１０のプラス端子及び定電圧電源１２のプラス端子との間に、蓄電装置１１から発電装置１０及び定電圧電源１２への電流の流れを順方向として挿入されており、例えばダイオードで構成される。
【００６４】
第２断続部３２は、充電状態では図８（ａ）に示すように、第１整流素子１３を介して発電装置１０のプラス端子と蓄電装置１１のプラス端子とを接続する一方、電力供給状態では図８（ｂ）に示すように、発電装置１０のプラス端子と蓄電装置１１のプラス端子とを切り離す。充電量検出部３３及び制御部３４の構成は、第２の実施形態の充電量検出部２３及び制御部２４の構成と同様である。
【００６５】
なお、充電状態の時間よりも電力供給状態の時間の方が圧倒的に長いため、第２断続部３２は、コイルに電流を流さない状態で電力供給状態となるリレーを選択して、コイルに電流を流すための電力消費を少なくすることが望ましい。
【００６６】
蓄電装置１１が十分に充電されていない場合、充電量検出部３３は未充電信号を制御部３４に入力し、制御部３４は第２断続部３２を充電状態に維持させる。充電状態では、発電装置１０のプラス端子から出力される電流により蓄電装置１１が充電されるとともに、発電装置１０から定電圧電源１２に電流が供給されている。
【００６７】
蓄電装置１１が十分に充電されている場合、充電量検出部３３は充電完了信号を制御部３４に入力し、制御部３４は第２断続部３２を電力供給状態に維持させる。電力供給状態では、発電装置１０のプラス端子から蓄電装置１１のプラス端子へ電流を流す経路が遮断されるため、蓄電装置１１の充電が停止されるとともに、発電装置１０及び蓄電装置１１から定電圧電源１２に電流が供給される。
【００６８】
第３の実施形態の電源システム３によれば、蓄電装置１１の電圧を検出してあらかじめ決めておいた電圧よりも高くなった場合に、発電装置１０から蓄電装置１１への電流の経路を遮断することにより、負荷１６が長時間待機状態となる場合でも、蓄電装置１１が充電され続けて過充電になることを防止できる。第３の実施形態の電源システム３によれば、負荷１６の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷１６に供給できない発電装置１０を用いても、大きさの変動する負荷１６に対して安定して電力を供給できる。
【００６９】
なお、第１整流素子１３は、図９に示すように、第３整流素子３５と第４整流素子３６とを有するものであってもよい。第３整流素子３５は、発電装置１０のプラス端子と定電圧電源１２のプラス端子との間に、発電装置１０から定電圧電源１２への電流の流れを順方向として挿入されている。第４整流素子３６は、発電装置１０のプラス端子と蓄電装置１１のプラス端子との間に、発電装置１０から蓄電装置１１への電流の流れを順方向として挿入されている。発電装置１０から出力される電流の整流を第３整流素子３５と第４整流素子３６とで分担することにより、それぞれが定格電流の小さい整流素子であっても第１整流素子１３を構成することができる。
【００７０】
なお、充放電制御部３０は図１０に示すように、さらに第３断続部３７をもつものであってもよい。第３断続部３７は、負荷１６を動作させない状態において発電装置１０から蓄電装置１１及び定電圧電源１２への電流の経路を遮断し、負荷１６を動作させる状態において発電装置１０から蓄電装置１１及び定電圧電源１２への電流の経路を接続する。充放電制御部３０が第３断続部３７をもつことにより、負荷１６を動作させない状態において発電装置１０から電流を取り出さないため、発電装置１０の燃料の消費を防止できる。
【００７１】
さらに、充放電制御部３０に第３断続部３７をもつ電源システム３において、第１整流素子１３は、図１１に示すように、第３整流素子３５と第４整流素子３６とを有するものであってもよい。
【００７２】
なお、充放電制御部３０は図１２（ａ）に示すように、さらに第３断続部３７と第４断続部３８とをもつものであってもよい。第４断続部３８は、負荷１６を動作させない状態において蓄電装置１１から定電圧電源１２への電流の経路を遮断し、負荷１６を動作させる状態において蓄電装置１１から定電圧電源１２への電流の経路を接続する。充放電制御部３０が第４断続部３８をもつことにより、負荷１６を動作させない状態において蓄電装置１１から電流を取り出さないため、蓄電装置１１の電力の消費を防止するとともに、第３断続部３７をもつことにより、負荷１６を動作させない状態において発電装置１０から電流を取り出さないため、発電装置１０の燃料の消費を防止できる。
【００７３】
さらに、図１２（ｂ）に示すように、第３断続部３７と第４断続部３８との動作を連動させるものであってもよく、第３断続部３７と第４断続部３８との動作を連動させることにより、１つの制御で２つの動作を実行できる。
【００７４】
さらに、充放電制御部３０に第３断続部３７と第４断続部３８とをもつ電源システム３において、第１整流素子１３は、図１３（ａ）に示すように、第３整流素子３５と第４整流素子３６とを有するものであってもよく、さらに、図１３（ｂ）に示すように、第３断続部３７と第４断続部３８との動作を連動させるものであってもよい。
【００７５】
なお、充放電制御部３０は電流センサ３９を備えて蓄電装置１１から出力される電流に基づいて蓄電装置１１の充電状態を検出するものであってもよい。例えば、図１４に示すように、連動する第３断続部３７と第４断続部３８とを備える充放電制御部３０に、さらに、電流センサ３９を設ける。電流センサ３９は、蓄電装置１１から出力される電流値を測定して制御部３４に出力する。制御部３４は、蓄電装置１１の充電完了に伴って第２断続部３２が充電状態から電力供給状態に変化した後、蓄電装置１１から出力される電流値と時間との積（電流×時間）を計算することにより、あらかじめ決められた一定以上の電力を消費したことを検出すると、第２断続部３２を充電状態に切り替えさせる。
【００７６】
また、充放電制御部３０は端子電圧検出手段を備えて蓄電装置１１の端子電圧に基づいて蓄電装置１１の充電状態を検出するものであってもよい。端子電圧検出手段は蓄電装置１１の端子電圧を検出する。制御部３４は、検出された蓄電装置１１の端子電圧のうち充電完了信号及び未充電信号と判断する範囲を設定しておき、第２遮断部３２の充電状態と電力供給状態とを切り替える。例えば、制御部３４は、蓄電装置１１の端子電圧に半比例した電流を蓄電装置１１に流すように、第２遮断部３２をＰＷＭ制御等する。
【００７７】
また、充放電制御部３０は温度検出手段を備えて蓄電装置１１の表面温度に基づいて蓄電装置１１の充電状態を検出するものであってもよい。温度検出手段はサーミスタ、熱電対、サーモパイル等により構成され蓄電装置１１の表面温度を検出する。制御部３４は、検出された蓄電装置１１の表面温度のうちに充電完了信号及び未充電信号と判断する範囲を設定しておき、第２遮断部３２の充電状態と電力供給状態とを切り替える。さらに、制御部３４は、充電状態から電力供給状態へ切り替えた満充電の状態からの経過時間を測定して電力消失を検出して、蓄電装置１１の電力消失があるレベルを超えたら、第２遮断部３２を充電状態に切り替えるようにすることにより、第２遮断部３２を電力供給状態に切り替えた後、長時間放置して自己放電により蓄電装置１１の電力が失われることを防止できる。
【００７８】
なお、制御部３４は、充電状態から電力供給状態へ切り替えた満充電の状態からの各動作モードでの平均消費電流を記憶しておき、各動作モードでの累積時間を測定することにより、各動作モードでの累積消費電流と平均消費電力とを比較して充電電流を切り替えるものであってもよい。蓄電装置１１への充電電流を遮断して蓄電装置１１から電力を消費しても、すぐには蓄電装置１１の表面温度は低下しない場合でも、蓄電装置１１を常に満充電状態に維持できる。さらに、このように満充電状態を維持する一方、充放電制御部３０はさらに端子電圧検出手段や温度検出手段を備えるものであってもよい。端子電圧検出手段や温度検出手段によっても蓄電装置１１の充電状態を検出することにより、複数の判断手法で蓄電装置１１の満充電を検出できるため、なんらかの原因によって蓄電装置１１が過充電されることをより確実に防止できる。
【００７９】
第４の実施形態の電源システム４は、図１５に示すように、第１の実施形態における電源システム１と同様の発電装置１０と蓄電装置１１と定電圧電源１２と第１整流素子１３とを備え、さらに充放電制御部４０を備える。
【００８０】
第１整流素子１３は、第３整流素子３５と第４整流素子３６とを有する。第３整流素子３５は、発電装置１０のプラス端子と定電圧電源１２のプラス端子との間に、発電装置１０から定電圧電源１２への電流の流れを順方向として挿入されている。第４整流素子３６は、発電装置１０のプラス端子と蓄電装置１１のプラス端子との間に、発電装置１０から蓄電装置１１への電流の流れを順方向として挿入されている。
【００８１】
発電装置１０から出力される電流の整流を第３整流素子３５と第４整流素子３６とで分担することにより、それぞれが定格電流の小さい整流素子であっても第１整流素子１３を構成することができる。
【００８２】
充放電切替部４０は第３断続部３７と第４断続部３８とを有する。第３断続部３７は、負荷１６を動作させない状態において発電装置１０から蓄電装置１１及び定電圧電源１２への電流の経路を遮断し、負荷１６を動作させる状態において発電装置１０から蓄電装置１１及び定電圧電源１２への電流の経路を接続する。第４断続部３８は、負荷１６を動作させない状態において蓄電装置１１から定電圧電源１２への電流の経路を遮断し、負荷１６を動作させる状態において蓄電装置１１から定電圧電源１２への電流の経路を接続する。
【００８３】
充放電制御部３０が第３断続部３７をもつことにより、負荷１６を動作させない状態において発電装置１０から電流を取り出さないため、発電装置１０の燃料の消費を防止できる。充放電制御部３０が第４断続部３８をもつことにより、負荷１６を動作させない状態において蓄電装置１１から電流を取り出さないため、蓄電装置１１の電力の消費を防止することができる。
【００８４】
第２整流素子３１は、蓄電装置１１のプラス端子と発電装置１０のプラス端子及び定電圧電源１２のプラス端子との間に、蓄電装置１１から発電装置１０及び定電圧電源１２への電流の流れを順方向として挿入されている。
【００８５】
第４の実施形態の電源システム４によれば、負荷１６の変動に応じて必要とされる電力の一部しか負荷１６に供給できない発電装置１０を用いても、大きさの変動する負荷１６に対して安定して電力を供給できる。
【００８６】
第５の実施形態の電源システム５は、図１６に示すように、第３の電源システム３において、発電装置１０の電圧と発電装置１０の出力抵抗１７と蓄電装置１１の電圧と蓄電装置の容量とを調整して、負荷１６の待機時における蓄電装置１１の定格容量を10C〜0.05Cの範囲に設定したものである。
【００８７】
例えば、発電装置１０の開放電圧を40V、発電装置１０の内部抵抗を10Ω、蓄電装置１１の電圧を20V、蓄電装置１１の容量が2Ah、第１整流素子１３での電圧降下を1Vに設定し、発電装置１０として使用する燃料電池１４の負荷を可変したときの電流と出力電圧との関係が図４のグラフように表される電源システム５について説明する。
【００８８】
発電装置１０の出力端子電圧は、蓄電装置１１の電圧20Vに第１整流素子１３での電圧降下1Vを加えた21Vである。図４のグラフに示されるように、発電装置１０の出力端子電圧が21Vのとき、発電装置１０から出力される電流は0.88Aである。待機時の負荷１６はほとんど電流を必要としないため、発電装置１０から出力される0.88Aの電流は蓄電装置１１に充電電流として流れ込む。蓄電装置１１の容量が2Ahであるから、蓄電装置１１は、0.88A÷2Ah＝0.44Cと計算される定格容量0.44Cの条件で充電される。
【００８９】
また、例えば、蓄電装置１１の電圧を22.4Vのように高く設定すると、発電装置１０の出力端子電圧は、蓄電装置１１の電圧22.4Vに第１整流素子１３での電圧降下1Vを加えた23.4Vである。図４のグラフに示されるように、発電装置１０の出力端子電圧が23.4Vのとき、発電装置１０から出力される電流は0.58Aであり、蓄電装置１１の充電電流は0.58Aである。蓄電装置１１の容量が2Ahであるから、蓄電装置１１は、0.58A÷2Ah＝0.29Cで計算される定格容量0.29Cの条件で充電される。蓄電装置１１の電圧を変えることで、蓄電装置１１を充電する定格容量を変更できる。さらに、蓄電装置１１の容量を2Ahから4Ahに変更すると、定格容量は半分に変更できる。さらに、発電装置１０の内部抵抗や開放電圧を変えることにより、蓄電装置１１を充電する定格容量を変更できる。
【００９０】
充電電流は発電装置１０の内部抵抗１７により制限されるので、内部抵抗１７で電力損失が発生する、電力損失は電流値の電流値の二乗に比例するので、なるべく充電電流を少なくすることが望ましい一方、充電電流をあまり少なくすると充電に時間がかかる。定格容量が大きすぎて蓄電装置１１が充電時に発熱し、寿命が短くなったり故障の原因となることを防止するため、定格容量は大きすぎないことが望ましい。プリンタ等の負荷１６に必要とされる電流の値、発電装置１０のサイズ、機器消費電力、動作時間、発電装置１０の内部抵抗における電力損失、充電時間、蓄電装置１１の発熱等を考慮して、10C〜0.05Cの範囲の定格容量で蓄電装置を充電することが望ましい。
【００９１】
第５の実施形態の電源システム５によれば、負荷１６の待機時における蓄電装置１１の定格容量を10C〜0.05Cに設定しているため、電流制限手段を設けることなく発電装置１０と蓄電装置１１とを接続できる。
【００９２】
なお、負荷１６の動作中の平均電流値より大きな消費電流が流れる場合には、蓄電装置への充電を停止するように蓄電装置の電圧を設定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】画像形成装置の斜視断面図である。
【図２】制御回路のブロック図である。
【図３】第１の実施形態の電源システムのブロック図である。
【図４】燃料電池の負荷を可変したときの電流と出力電圧との関係を示す図である。
【図５】プリンタが必要とする電流の時間変化を示す図である。
【図６】他のプリンタが必要とする電流の時間変化を示す図である。
【図７】第２の実施形態の電源システムのブロック図である。
【図８】第３の実施形態の電源システムのブロック図である。
【図９】第３の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【図１０】第３の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【図１１】第３の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【図１２】第３の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【図１３】第３の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【図１４】第３の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【図１５】第４の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【図１６】第５の実施形態の他の電源システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００９４】
１；電源システム、２；電源システム、３；電源システム、４；電源システム、
５；電源システム、１０；発電装置、１１；蓄電装置、１２；定電圧電源、
１３；第１ダイオード、１４；燃料電池、１５；二次電池、１６；負荷、
１７；内部抵抗、１８；プリンタ、２０；充放電切替部、２１；第２整流素子、
２２；第１断続部、２３；充電量検出部、２４；制御部、３１；第２整流素子、
３２；第２断続部、３３；充電量検出部、３４；制御部、３５；第３整流素子、
３６；第４整流素子、３７；第３断続部、３８；第４断続部、３９；電流センサ、
１００；画像形成装置、１０１；記録ヘッド、１０２；記録ヘッドカートリッジ、
１０３；押さえ部材、１０４；キャリッジ、１０５；シャフト、
１０６；プラテンローラ、１０７；記録用紙、１０８；ケーブル、
１０９；キャリッジモータ、１１０；ワイヤ、１１１；ラインフィードモータ、
１１２；ＨＰセンサ、１１３；制御回路、１１４；ＣＰＵ、１１５；ＲＯＭ、
１１６；ＲＡＭ、１１７；データ受信部、１１８；ＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ、
１１９；不揮発性メモリ、１２０；ヘッドドライバ、１２１；ヘッドコントローラ、
１２２；キャリッジモータドライバ、１２３；タイミング制御部、
１２４；ラインフィードモータドライバ、１２５；インク流量検出部。
【図１】
2006166576.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006166576.tif 000014
【図１３】
2006166576.tif 000015
【図１４】
2006166576.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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